EFICIÊNCIA NA REMOÇÃO DE COLIFORMES FECAIS EM LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO NA GRANDE VITÓRIA - ES

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1 EFICIÊNCIA NA REMOÇÃO DE COLIFORMES FECAIS EM LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO NA GRANDE VITÓRIA - ES Marluce Martins de Aguiar (1) Engenheira Civil e Sanitarista - UFES (1978), Pós graduada em Engenharia de Saúde Pública - ENSP/FIOCRUZ (1985), M. Sc. em Engenharia Ambiental - UFES (1996), Eng a da Secretaria de Estado da Saúde. Sara Ramos da Silva FOTO Engenheira Civil e Sanitarista - UFES (1980), Pós graduada em Engenharia de Saúde Pública - ENSP/FIOCRUZ (1982), M. Sc.em Engenharia Ambiental - UFES (1996), Professora da Coordenadoria de Edificações/ ETFES, Eng a da Secretaria de Estado da Saúde - ES. Antônio Sérgio Ferreira Mendonça Engenheiro Civil, M. Sc. em Engenharia de Recursos Hídricos - UFRJ - COPPE (1977), Ph. D. em Engenharia de Recursos Hídricos - Colorado State University - USA (1987), Professor Adjunto IV do Departamento de Hidráulica e Saneamento do Centro Tecnológico da UFES e Coordenador do Mestrado em Engenharia Ambiental da UFES. Endereço (1) : Rua Chafic Murad, 556/502 - Bento Ferreira - Vitória - ES - CEP: Tel: (027) Fax: (027) RESUMO Este estudo teve como objetivo geral avaliar a eficiência na remoção de coliformes fecais, em cinco sistemas de lagoas de estabilização que tratam esgotos domésticos, na região da Grande Vitória: Barcelona e Mata da Serra, constituídos de uma lagoa facultativa primária, Eldorado, Laranjeiras e Maringá, constituídos de uma lagoa anaeróbia, em série com uma lagoa facultativa. Foram analisados dados de monitoramento de rotina, realizado pela CESAN - Companhia Espiritossantense de Saneamento, no período entre 1984 e1994. As médias geométricas das concentrações de CF obtidas no esgoto bruto, efluentes das lagoas anaeróbias e facultativas e respectivas eficiências na remoção de CF, foram computadas. Os resultados mostraram que os sistemas constituídos por uma única lagoa facultativa primária, Barcelona e Mata da Serra, apresentaram as mais baixas eficiências, embora o Sistema Laranjeiras, constituído de uma lagoa anaeróbia em série com uma facultativa com problemas de subdimensionamento e de forma geométrica tenha apresentado eficiência semelhantes a esses. Os Sistemas Eldorado e Maringá constituídos de uma lagoa anaeróbia em série com uma lagoa facultativa, com os melhores resultados de eficiência, apresentaram concentrações médias de CF no efluente final, dez vezes superiores ao limite estabelecido pela Resolução CONAMA n o 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 991

2 20/86 que é de 1000 NMP/100 Ml, enquanto nas demais as concentrações de CF no efluente foram cem vezes superiores a este limite. Os corpos receptores dos efluentes dessas lagoas são córregos de pequeno porte, que deságuam em lagoas, apresentando vazões mínimas anuais de descarga dez vezes inferiores a média das vazões efluentes. Assim, para que seja atendida a legislação e melhorar a qualidade das águas dos corpos receptores, é necessário a construção de lagoas de maturação em série com as lagoas facultativas. PALAVRAS-CHAVE: Coliformes Fecais, Lagoas de Estabilização e Eficiência na Remoção de Coliformes Fecais. INTRODUÇÃO Lagoas de estabilização são amplamente utilizadas, no tratamento de esgotos, em todo o mundo. O principal objetivo deste estudo, foi a avaliação da eficiência na remoção de CF em cinco sistemas de tratamento de esgoto, com lagoas de estabilização no município da Serra, Região da Grande Vitória - Espírito Santo. Os Coliformes fecais vem sendo aceitos mundialmente, como indicador de poluição fecal. Os resultados obtidos na análise dos CF, têm sido utilizados para verificar se as águas de corpos receptores (lagos, lagoas, rios, córregos, etc.), podem ser utilizados para usos específicos, tais como abastecimento público, lazer, irrigação, aquacultura, etc. A análise da eficiência na remoção de CF em lagoas de estabilização deve levar em conta condições climatológicas e geográficas regionais. Diversos fatores interferem no decaimento bacteriano, dentre eles, os ambientes tais como temperatura, direção e velocidade dos ventos, luz do sol; os físicos tais como geometria das lagoas, posição dos dispositivos de entrada e saída, que podem provocar zonas mortas e curtocircuito; altas concentrações de oxigênio dissolvido; phs elevados; predação; absorção de algas; etc. Análises estatísticas das concentrações de CF foram aplicadas aos dados de monitoramento da CESAN, no período de 1984 a 1994, para os cinco sistemas; Barcelona e Mata da Serra constituídos de uma lagoa facultativa primária, Eldorado Laranjeiras e Maringá, constituídos de uma lagoa anaeróbia, em série com uma lagoa facultativa. MATERIAL E MÉTODOS Foram selecionados para o presente estudo cinco sistemas de lagoas de estabilização, que recebem esgotos, com características doméstica provenientes de bairros residenciais formados 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 992

3 por conjuntos habitacionais para população de baixa e média renda, localizados no município da Serra, região metropolitana de Vitória - Espírito Santo. Os sistemas Barcelona e Mata da Serra, são constituídos de uma única lagoa facultativa primária e os sistemas Eldorado, Laranjeiras e Maringá são constituídos de uma lagoa anaeróbia, em série com uma lagoa facultativa. A operação e manutenção dos sistema são realizados pela CESAN - Companhia Espírito-santense de Saneamento. As características geométricas das lagoas estão apresentadas na tabela 1, o número de domicílios e população contribuinte para cada sistema estão apresentados na tabela 2. Tabela 1 - Características geométricas das lagoas. Sistema Lagoas h (m) Áreas (m 2 ) Volume (m 3 ) Barcelona Facultativa 2, , ,50 M. da Serra Facultativa 1, , ,32 Eldorado Anaeróbia 1, , ,80 Facultativa 1, , ,00 Laranjeiras Anaeróbia 1, , ,43 Facultativa 1, , ,72 Maringá Anaeróbia 2, , ,92 Facultativa 1, , ,59 Tabela 2 - Número de domicílios e população contribuinte. Sistema Número de domicílios População Barcelona M. da Serra Eldorado Laranjeiras Maringá Dados Climatológicos Geograficamente, o município da Serra localiza-se a uma latitude Sul de 20º 07º' 04" e uma longitude Oeste de Greenwich de 40º18'25". 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 993

4 O clima é quente, amenizado na Costa. Possui duas estações marcantes: no verão muitas chuvas mal distribuídas, no período de Outubro a Março; no Inverno grande influência do vento sul e nordeste. A temperatura média anual é de 23º (dados do IBGE/1994). Monitoramento de rotina - A CESAN, vem realizando monitoramento de rotina nos sistemas, efetuando análises de parâmetros físico-químicos e bacteriológicos no esgoto bruto e efluentes das lagoas. As amostras simples são coletadas e analisadas uma a duas vezes por mês, em cada sistema. Para este estudo foram analisados estatisticamente o ph, Oxigênio Dissolvido (OD), Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO 5), Coliformes fecais. Foram utilizadas média geométrica para as concentrações de CF e média aritmética para os demais parâmetros. O número de amostras e períodos de amostragem para cada sistema, estão apresentados na tabela 3. Tabela 3 - Período e número de amostras (monitoramento de rotina). Sistema Período N Barcelona Eldorado Laranjeiras Maringá M. da Serra N - Número de amostras O método utilizado para análise dos CF foi o de tubos múltiplos. As análises de todos os parâmetros obedeceram ao Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. As vazões de entrada e saída são medidas de 2 em 2 horas, durante o período diurno, através de Calha Parshall ou vertedores triangulares. A tabela 4 mostra as vazões afluente e efluentes médias e o tempo de detenção hidráulico médio nos cinco sistemas, no ano de Uma vez que as vazões intermediárias na saída da lagoa anaeróbia não são medidas pela CESAN, considerou-se como sendo a mesma que entra (não há perda por infiltração ou evaporação). Tabela 4 - Vazões médias e tempos de detenção médio (ano 1994). Sistemas Vazão (l/s) TDH (dias) Barcelona: Facultativa 19,65 25,6 M. da Serra: Facultativa 2,73 26,9 Eldorado: Anaeróbia 6,34 3,6 Facultativa 43,3 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 994

5 Laranjeiras: Anaeróbia 39,31 2,5 Facultativa 2,1 Maringá: Anaeróbia 1,49 17,2 Facultativa 51,8 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 995

6 Resultados Obtidos As tabelas 5 e 6 mostram os valores médios para o ph, DBO 5, OD e coliformes fecais apresentados pelos cincos sistemas para o período de monitoramento deste estudo. Tabela 5 - Concentrações médias de coliformes fecais nos sistemas - monitoramento de rotina/94. Sistemas Coliformes Fecais (NMP/100 ml) EB EA EF Eldorado 7,28 E7 4,61 E6 1,12 E4 Laranjeiras 5,03 E7 2,45 E6 4,39 E5 Maringá 5,81 E7 1,73 E6 7,47 E3 Barcelona 1,26 E8 NE 7,81 E5 Mata da Serra 6,49 E7 NE 3,92 E5 N - número de amostras; EB - esgoto bruto; EA - efluente lagoa anaeróbia; EF - efluente lagoa facultativa Tabela 6 - Valores médios das variáveis ph, OD e DBO 5 - Monitoramento de rotina. Sistemas N ph OD (mg/l) DBO 5 (mg/l) EB EA EF EB EA EF EB EA EF Eldorado 70 6,6 6,9 8,7 0,5 2,6 9, Laranjeiras 76 6,5 6,7 7,1 0,1 1,1 6, Maringá 60 6,6 7,15 8,4 2,3 3,8 9, Barcelona 88 6,6 NE 7,3 0,8 NE 1,8 411 NE 48 Mata da Serra 160 6,8 NE 7,5 NE 227 NE 44 N - número de amostras; EB - esgoto bruto; EA - efluente lagoa anaeróbia; EF - efluente lagoa facultativa De acordo com a tabela 5, o sistema Barcelona apresentou valores médios para as concentrações CF 1,26X10 8 e 7,81x10 5 NMP/100ml no esgoto bruto e no efluente da lagoa facultativa primária. No sistema Mata da Serra as concentrações de CF correspondentes ao esgoto bruto e efluente da lagoa facultativa foram 6,49x10 7 e 3,92x10 5 NMP/100 ml. A média geométrica das concentrações de CF no esgoto bruto e efluentes das lagoas anaeróbia e facultativa foram 7,28x10 7 ; 4,61x10 6 e 1,12x10 4 NMP/100ml. Para o sistema de Laranjeiras os valores correspondentes são 5,03x10 7 ; 2,45x10 6 e 4,39x10 5 NMP/100 ml. Para Maringá os valores correspondentes foram 5,81x10 7 ; 1, 73x10 6 e 7,47x10 3 NMP/100 ml. A tabela 7 mostra as eficiências médias obtidas, na remoção de CF, pelos cinco sistemas analisados. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 996

7 Tabela 7 - Eficiências médias na remoção de coliformes fecais - Monitoramento de rotina/94. Sistemas Coliformes Fecais (NMP/100 ml) LA LF Sistemas Eldorado 88, , ,8255 Laranjeiras 91, , ,3854 Maringá 93, , ,8705 Barcelona NE 98, ,3938 Mata da Serra NE 98, ,1797 De acordo com a tabela 7 as eficiências médias na remoção de CF, alcançadas pelos sistemas Eldorado, Laranjeiras e Maringá, constituído de uma lagoa anaeróbia em série com uma lagoa facultativa, foram 99,8255; 98,3854% e 99,8705%. Os Sistema Barcelona e Mata da Serra constituídos de uma única lagoa facultativa primária alcançaram eficiências médias na remoção de CF 98,1797 e 98,3938%. DISCUSSÃO A eficiência na remoção de CF em lagoas de estabilização dependem de vários fatores tais como características do esgoto bruto, carga orgânica, temperatura, tempo de detenção, direção e velocidade dos ventos, luz do sol, geometria da lagoa, posição dos dispositivos de entrada e saída, ph, concentração de OD e na ausência de luz, devido a predação, inanição de adsorsão às algas (Parhad and Rao, 1974; Middlebrooks et al., 1982; Silva e Feitosa, 1984; Curtis and Mara, 1994; Frederick and Lloyd, 1995 e Oragui et al., 1995.) Os sistemas analisados estão localizados em bairros próximos, com distâncias inferiores a 10 km entre si. Assim sendo estão sujeitos as mesmas condições climatológicas. Os bairros onde estão localizados os sistemas são ocupados por população de baixa renda. Os sistemas Barcelona e Mata da Serra, constituídos de uma única lagoa, apresentaram concentrações médias de CF, no efluente final 7,8x10 5 e 3,9x10 5 NMP/100 ml. As eficiências médias de remoção de CF correspondentes foram 98,3938 e 98,1797%. Eldorado e Maringá constituídos de uma lagoa anaeróbia em série com uma lagoa facultativa, apresentaram as mais baixas concentrações de CF no efluente final: 1,1x10 4 e 7,5x10 3 NMP/100 ml, com as mais elevadas eficiências de remoção de CF 99,8255 e 99,8705%. Estes resultados mostram que quando foram utilizados sistemas constituídos de uma única lagoa as eficiências alcançadas foram inferiores àquelas obtidas pelos sistemas constituídos por duas lagoas. O longo tempo de detenção apresentados pelos sistemas de duas lagoas (46,9 e 69 dias para Eldorado e Maringá), comparado com os de Barcelona e Mata da Serra, 25,6 e 26,9 dias, contribuíram para a melhor eficiência dos mesmos. O sistema de Laranjeiras embora constituído de duas lagoas, obteve resultados semelhantes aos apresentados pelos sistemas Barcelona e Maringá, constituídos de uma única lagoa. Este 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 997

8 resultado indica que a adoção de sistema com mais de uma lagoa não é suficiente para melhorar a eficiência dos sistemas, na remoção de CF. Dentre os fatores que contribuíram para o fraco desempenho desse sistema, destaca-se o subdimensionamento (as vazões médias atuais de esgoto bruto são cerca de três vezes superiores às de projeto), consequentemente apresenta curto tempo de detenção (4,6 dias). A forma geométrica (próxima a um quadrado), contribui de forma desfavorável na remoção de CF, pois segundo diversos estudos (Middlebrooks et al., 1982, Pearson, 198?) quanto maior a relação comprimento/largura, melhor a eficiência na remoção de CF (funcionamento próximo ao de fluxo pistão). As concentrações médias de CF, para os sistemas Barcelona e Mata da Serra foram dez vezes superiores aos apresentados pelos sistemas constituídos de duas lagoas. A legislação SEMA/MHU, 1986) para água doce classe 2, recomenda 1000 CF/100 ml. Eldorado e Maringá, com duas lagoas, apresentaram concentrações de CF, dez vezes superiores a este limite. Laranjeiras, com duas lagoas apenas, apresentaram concentrações de CF cem vezes superiores a este limite. Os valores médios de ph no efluente final de Eldorado e Maringá foram superiores a 8,0; enquanto nos demais sistemas os valores de ph foram inferiores a 8,0. As concentrações médias de OD no efluente final dos sistemas Eldorado e Maringá alcançaram valores superiores aos de saturação (9,4 e 9,1 mg/l, respectivamente). No sistema Laranjeiras a concentração de OD no efluente final foi de 6,8 mg/l, enquanto nos sistemas Barcelona e Mata da Serra, foram inferiores a 6,0 mg/l (5,6 e 1,8 mg/l respectivamente). CONCLUSÕES Os resultados obtidos no monitoramento dos cinco sistemas de lagoas, localizados na região metropolitana da Grande Vitória, permitem algumas conclusões, semelhantes às obtidas por diversos pesquisadores de outras regiões do Brasil e do mundo:? A utilização de sistemas com uma única lagoa ou tendo como unidade final uma lagoa facultativa secundária não é recomendável quando um dos objetivos do tratamento é a remoção de bactérias patogênicas.? As concentrações médias de coliformes fecais efluentes dos cinco sistemas estudados, mesmo os constituídos por lagoa anaeróbia em série com lagoa facultativa, apresentaram-se superiores a NMP/100ml. Os corpos receptores que recebem estes efluentes teriam que apresentar vazões mínimas Q 7,10 (mínima de sete dias, com período de retorno de 10 anos), superiores a 30 vezes as vazões efluentes para manterem-se dentro dos limites da resolução CONAMA 20/86 para a classe 2, após diluição destes efluentes.? Considerando que os corpos receptores dos sistemas estudados são córregos de pequeno porte, que deságuam em lagoas, para que seja respeitada a legislação ambiental, é recomendável a construção de lagoas de maturação em série com as lagoas existentes.? Existe a possibilidade de problemas hidrodinâmicos, como curtos-circuitos e zonas mortas, nos sistemas estudados, devido a forma das lagoas, dispositivos de entradas e saída, principalmente nos Sistemas Barcelona, Mata da Serra e Laranjeiras. Estes fatores 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 998

9 interferem de forma acentuada no desempenho relativo à remoção de patogênicos, uma vez que é essencialmente dependente do tempo de detenção que podem, neste caso serem efetivamente reduzidos como já constatados por Middlebrooks (1982), Frederick and Lloyd (1995). Sendo assim, recomenda-se estudos mais detalhados a este respeito, se possível com uso de traçadores e melhoria da localização dos dispositivos de entrada e saída dos Sistemas Barcelona e Mata da Serra. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Curtis, T. P. and Mara, D. D. (1994). The effect of sunlight on mechanisms for the dieoff of faecal coliform bacteria in waste stabilization ponds. Research monograph no.1.university of Leeds, London, p Frederick, G. L. and Lloyd, B. J. (1995). Na evaluation of retention time and short circuiting in waste stabilization ponds using Serratia marcescens bacteriophage as atracer. In 3rd IAWQ International Specialist Conference and Works hop, 1995, João Pessoa. Preprint volume. João Pessoa IAWQ, Middlebrooks, E. J. et al. (1982). Wastewater stabilization lagoon design, performance and upgrading. New York, Macmillan Publishing Co., Inc., 355 p. 4. Oragui, J. et al. (1995). Pathogen removal kinetics in a tropical experimental waste stabilization ponds in relation to organic loading, retention time and pond geometry. In 3 rd IAWQ International Specialist Conference and Workshop on Waste stabilization Ponds Techinology and Applications. 5. Parhard, N. M. and Rao, N. U. (1974). Efects of ph on survival of Escherichia coli. Journal of the Water Pollution control Federation. 56, p Pearson, H. W. and Silva, S. A. (198?). Variações diurnas de certos parâmetros físicoquímicos e biológicos em efluentes de lagoas facultativas e de maturação. 7. Silva and Feitosa (1984). Influência do tempo de detenção na eficiência de lagoas facultativas secundárias tratando esgotos domésticos no Nordeste do Brasil. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 999